Synchronizace pohonů a využití umělé inteligence od firmy Taurid Ostrava

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Společnost Taurid Ostrava je dlouholetým solution partnerem firmy Siemens pro oblast Drives & Motion. Většinově pohony řešíme na platformě Sinamics S120 a S210. V rámci inovací, úprav či zprovozňování nových linek jsme se setkali s několika zajímavými skutečnostmi, jejichž řešení představíme v tomto článku.

Při realizaci, v těchto případech, synchronizovaných pohonů a robotů, bylo potřeba využít i dalších nástrojů jako jsou prvky umělé inteligence, příprava digitálních dvojčat a jejich virtuální zprovoznění.

Repasování blistrovací linky

Byli jsme postaveni před výzvu repasování blistrovacího stroje pro balení léčiv. Stroj už neodpovídal dnešním standardům z pohledu sledování produktů a náhradní díly už byly jen těžko k dostání. Na blistrovacím stroji jsme vyměnili hlavní rozvaděč, včetně řídícího systému a frekvenčních měničů. Nahradili jsme také stávající systém vizualizace výroby. Původní servopohony jsme vyměnili za novější (Siemens řady 1FK7). Pro představu je stěžejní část linky (tvarování a plnění blistrů léky) vidět na obrázku 1.
Pro bezproblémový chod linky je potřeba, aby byly vzájemně rychlostně-polohově synchronizovány tyto 4 části: a) hlavní pohon blistrů, b) tvarování pásu, c) posun krycí fólie, d) plnění blistrů. Hlavní pohon linky má nastavenou rychlost výroby z řídícího systému (to je posun blistrů). Na samotném motoru je enkodér pro rychlostní řízení a za převodovkou je enkodér pro detekci přesné polohy ve fázi výroby blistrů. Je důležité mít správně nastavený převod mezi enkodéry. Využitím motion control funkcí jsme se postarali o správné rychlostně-polohové řízení, kdy rychlostní smyčka je v měniči a polohová v PLC (motion funkce). S tímto hlavním pohonem je synchronizován pohon tvarování pásu. Ten má pouze jeden enkodér na motoru a ze známého přesného převodu se přesně rychlostně-polohově synchronizuje. Synchronizován je i pohon posunu krycí fólie, nicméně zde dochází ke korekcím rychlosti z důvodu pružnosti samotné fólie. Tato změna se dělá pomocí detekce tištěné značky a jejího úhlového posunu oproti očekávání. Správný úhel musí být dodržen i na začátku celého procesu. Pro korekce se používají dva válce (rychlejší a pomalejší, než je rychlost linky). Pohon plnění je synchronizován za chodu a případně upravován dle hlavního pohonu (dle plnění podmínek kvality blistru).
Kvalita blistru je pro celou linku zásadní. Vyhodnocuje se na několika místech od navíjení až po střih naplněného blistru. Samotná kontrola kvality se dělá pomocí smyčkových jam, kdy musí být splněn úhel jámy v dané fázi blistru daného hlavním pohonem. Chyby můžou být způsobeny přetržením pásu, pružností příp. dalšími vlastnostmi pásu. Kontroluje se však i to, že blistry neobsahují díry, správnost jejich naplnění, verifikuje se čitelnost i samotný text potisku a na konci procesu správná teplota svařování. Součástí repasování bylo i vytvoření nového softwaru pro PLC a HMI. Došlo k doplnění kontrolní (auditovací) části tak, aby mohla identifikace a kontrola produkce probíhat dle zvyklostí, tj. respektovali jsme zásady správné výrobní praxe GMP, resp. GAMP. Linku jsme nakonec úspěšně otestovali na rychlosti 2 blistrů za sekundu.

Synchronizace pohonu a vyuziti umele inteligence 2024 1

Robotizace systému pro vyskladňování disků kol

Jedná se o systém, na jehož vstupu je paleta plná disků kol a na výstupu jsou disky navěšené na závěsný řetězový dopravník s rámy a piny. Pro lepší představu je na obr. 2 vidět proces navěšování, uprostřed v popředí robota je šedý rám s trny a piny pro navěšení, na levé straně pak navěšený disk na předchozím rámu.

Synchronizace pohonu a vyuziti umele inteligence 2024 2

Robotizace navěšování

Původně na tomto stanovišti bylo několik pracovníků, jejichž úkolem bylo často poměrně těžké disky (velké můžou mít i přes 30 kg) zvedat a navěšovat ručně. Disky se na toto pracoviště přesouvají pomocí dopravníkového systému z depaletizace.
Aktuálně robot (Fanuc R-2000iC/165F) odebere dva disky z dopravníku a pomocí čidla synchronizuje svou rychlost s řetězovým dopravníkem, položí disky na rámy pohybující se podvěsné dopravy a robot se vrací pro další dvojici kol. Výjimkou jsou kola větší než 21", ta se navěšují po jednom a jejich pozice se střídá (horní pak spodní). V řídícím systému lze definovat i kolik rámů má využít a kolik nechat prázdných. Pro tento účel je využitý line tracking (liniová synchronizace framu robota pomocí enkodéru a triggrovacího čidla), robot dopočítává framy a podle nich vynechává/navěšuje rámy.
Disky pokračují na lakování a je potřeba, aby již od samotného začátku procesu depaletizace byl každý disk identifikován. Data obsažena na paletě na začátku celého procesu, jsou načtena do systému. Následně jsou přepisována na jednotlivé disky
(a zároveň udržována pro každý disk zvlášť i v systému) až do jejich navěšení, kdy probíhá předání informací rámům a kola pokračují dále do lakovny.

Robotizace depaletizace

Mohlo by se zdát, že vyskladnění z pevně definované palety, bez dalších pohybů bude výrazně jednodušší než předchozí navěšování, ale není tomu tak. Jak je vidět na obr. 3 níže, disky mají mezi sebou plastové proklady a ochranné prvky. Tím vzniká potřeba druhého robota, který tyto proklady a další materiál odebírá. Nakonec se podařilo zkrátit výrobní takt o zákazníkem požadovaných 0,8 s, což představuje 11procentní zefektivnění výroby.
Plastový proklad sice vymezuje polohu kol, nicméně je potřeba ověřit, že očekávaný typ kol (dle načteného kódu) se shoduje s tím, který má robot před sebou. Robot na začátek udělá snímek odebírané vrstvy. Standardně by byly pro vyhodnocení použity systémy zpracování obrazu (založené na detekci hran a jejich porovnání z očekávaným vzorem podle typu kol).
To ale v tomto případě nejde. Proklady jsou černé a často jsou na nich barevné pruhy. Disky mohou být stříbrné nebo už lakované černé anebo kryté ochrannou fólii (často před 2. lakováním) příp. i jejich kombinace. Proklady navíc mohou být mokré nebo špinavé a tím tvořit nechtěné odlesky. Řešením této nehomogenity snímků bylo využití systému umělé inteligence založeném na strojovém učení (konkrétně konvolučních neuronových sítí architektury R-CNN). Ty definují ze snímku, jak typ prokladu, tak jeho orientaci i polohu. Na základě těchto informací pak roboty vrstvu po vrstvě vyskladňují disky z palet.

Synchronizace pohonu a vyuziti umele inteligence 2024 4

Systém řízení krokové pece

Posledním systémem, o kterém se chceme zmínit je systém řízení krokové pece. V téměř krychlové peci (šířka 7 m, délka 8,5 m a výška 6 m) je schovaných 31 pozic (polic, velikost 6 m na 1,5 m) víceméně ve 4 řadách. Postupným pohybem se produkt dostává ze vstupu přes jednotlivé pozice v celém objemu pece zpátky vedle vstupní pozice, kde je výstup. Cílem je, aby v peci udělal co nejdelší trasu a bylo tam co nejvíce produktů. V peci je pět dvojic servopohonů, které jsou rychlostně-polohově synchronizovány pro zdvih a motor pro horizontální posun. Výzvou pro samotné řízení bylo, že je tam jen minimum čidel a téměř vše se řídí polohově.
Pro pochopení posunů pozic do stran, nahoru a dolů nestačil programátorům ani popis, ani přiložené obrázky. Řešení přineslo až vytvoření digitálního dvojčete. Teprve na pohybujícím se modelu jsme byli schopni se zákazníkem potvrdit korektní chování dopravníků uvnitř pece. Vzhledem k tomu, že vstup do pece je poměrně úzký nebylo prakticky možné ani ověřit, že chování naprogramovaného řízení je korektní. Proto jsme využili skutečnost, že je připravený model digitálního dvojčete a na něm virtuálně zprovoznili řídící systém. Na místě realizace už nebyly žádné experimenty, pouze se ověřila korektnost napojení na hardwarové řešení, samotné řízení bylo ověřeno virtuálně.

Komplikovanější systémy umíme v Taurid Ostrava simulovat případně provést hybridní simulaci kombinující virtuální zprovoznění a simulaci. Pro systémy, kde je potřebné věnovat se softwarovému řešení komplexně, nabízíme také systém FlexIT, který umožňuje modulární řízení na úrovni MES (výrobní informační systém) či WMS (systém řízení skladu).

Taurid Ostrava s.r.o.
Starobělská 3040/56, 700 30 Ostrava
Tel.: +420 599 507 800
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.taurid.cz

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Časopis vychází 1x měsíčně.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl

ElektroPrůmysl.cz, únor 2025

Číslo je tematicky zaměřené na osvětlovací techniku, nouzové osvětlení, software v automatizační technice, elektrotechnice a energetice.

Nadcházející webináře | kurzy

Zajímavé odkazy

Decentralizovaná automatizace, žádná řídicí skříň Přejděte do praxe, decentralizujte, modularizujte, kombinujte technologie, jednejte efektivněji ve spotřebě energií, omezujte a zjednodušujte složitost a nacházejte chytrá řešení.
Training services portal: jedna platforma – mnoho možností Využijte přístup ke školením s mnoha tématy, která jsou přizpůsobena Vašim potřebám. Na portálu najdete nabídku jak bezplatných, tak i placených kurzů, online nebo prezenčně, v češtině i v dalších jazycích.
RLC můstky ,impedanční analyzátory a testery bezpečnosti Kompletní nabídka přístrojů pro testování zařízení a obvodů výrobních linek, v procesech kontroly kvality, odděleních výzkumu a vývoje a měřicích laboratořích.

Najdete nás na Facebooku